Разработка функциональных узлов цифровой системы передачи
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ходного сигнала (равного 14 ГГц) и сетки частот (шаг сетки частот: 1 МГц):
Кдч=10;
Кдпкд=14тАв103
4. Разработка и расчет элементов функциональной схемы СВЧ-Т
Расчет коэффициента шума РПрУ.
Необходимый нам малошумящий усилитель (МШУ на микросхеме HMC565, диапазон частот 6-20 ГГц) имеет следующие параметры:
значение коэффициента шума Ks = 2.3 дБ;
значение коэффициента усиления K = 22 дБ.
При бесконечно большом значении коэффициента усиления МШУ, коэффициент шума РПрУ определяется коэффициентом шума первого каскада. Наш усилитель имеет значение коэффициента усиления равное 22 дБ. Необходимо рассмотреть влияние следующих каскадов (смесителя) на шумы РПрУ.
Для расчета коэффициента шума РПрУ рассмотрим упрощенную структурную схему РПрУ, рис.4.1. Для упрощения схемы синтезатора частот РПрУ, используем субгармонический смеситель (работающий на второй гармонике частоты гетеродина). Коэффициент передачи такого смесителя составляет около минус 13 дБ. Рассмотрим упрощенную структурную схему РПрУ для двух вариантов:
. МШУ выполнен на двух одинаковых усилителях. В этом случае приемное устройство может быть представлено в виде трех каскадов имеющих следующие значения коэффициентов усиления: =22 дБ; K2=22 дБ; K3=-13 дБ;=2.3 дБ; W2=2.3 дБ; W3=2 дБ,
где К1, К2 - коэффициенты усиления СВЧ смесителя;
К3 - коэффициент передачи смесителя;, W2 - коэффициенты шума усилителя;- коэффициент шума ПУПЧ.
Рисунок 4.1 - Структурная схема РПрУ
Тогда значение коэффициента шума РПрУ равно:
(4.1)
или Ks=10lg(1.7)= 2.3 (дБ).
. Коэффициент шума многокаскадного усилителя с большими значениями коэффициентов усиления каскадов (K >> 1) определяется коэффициентом шума первого каскада:
(4.2)
или Ks=10lg(1.8)=2.6 (дБ).
Учитывая, что шумовая температура атмосферы равна Тш=300К, то изменением коэффициента шума от 1.7 до 1.8 можно пренебречь и использовать один каскад усиления. Тогда значение коэффициента шума РПрУ Ks = 1.8 (KsдБ = 2.6 дБ).
Ослабление зеркального канала может быть рассчитано используя выражение (2.2), подставив в него вместо fцп, fЗК.
= 10*n*log|fС/(Q(fС-fЗК))|, (дБ) (4.3)
или= 10*n*log|fС/2QfПР| = 20*log|14тАв109/2*300*400*106| = 49,3(дБ) (4.4)
4.2 Расчет энергетических характеристик разрабатываемого устройства
Определим необходимое значение мощности РПдУ для формата 16КАМ в следующей последовательности:
. Определим чувствительность приемного устройства СВЧ модуля:
прmin = Ks kT0df, (4.5)
где - коэффициент шума РПрУ в разах (Ks = 1.8); - постоянная Больцмана;- температура РПрУ в градусах Кельвина (T0 = 300);- полоса частот системы связи для заданного формата (62,5МГц).прmin = 1.81.410-23 30062,5106 = 4.73 10-13 (Вт) (4.6)
.Определим мощность принимаемого сигнала для обеспечения заданного значения вероятности ошибки:
Рс = Pпрmin100.1*С/(Вт) (4.7)
Рс = 4.76 10-13 100.132.7 = 8.810-10 (Вт) (4.8)
Отношение сигнал/шум определено в первом разделе (С/Ш = 32,7 дБ).
Для обеспечения полученного значения мощности сигнала на входе приемного устройства на расстоянии R= 9000 м мощность передатчика должна быть равна:
(4.9)
где G1, G2 - коэффициенты усиления антенн передающего и приемного устройств;
? - длина волны ();
А - ослабление сигнала на гидролокаторах (пыль, туман, дождь, снег и т.д.);
В соответствии с заданием диаметр антенного устройства не должен превысить 0.4м.
Определим значение коэффициента усиления антенны:
(4.10)
где Sэф - эффективная площадь антенны.
(4.11)
(м2) (4.12)
Тогда Sэф*Sг = 0.024м2.
(4.13)
(4.14)
Выбираем усилитель имеющий значение выходной мощности в линейном режиме работы равную P1дБ = 55 мВт.
5. Выбор микросхем для практической реализации функциональных схем СВЧ-Т
В соответствии с исходными данными система связи должна обеспечить передачу цифрового сигнала 150 Мбит/с используя формат 64 КАМ. Анализ современной элементной базы показал, что в настоящее время имеются недорогие усилители, обеспечивающие в диапазоне частот до 14 ГГц значение коэффициента шума 2,6 дБ и мощность выходного сигнала 55 мВт. Усилители большей мощности имеют большую стоимость и меньшую номенклатуру.
Для выбора усилителей используем микросхемы, параметры которых приведены ниже:
Синтезатор частот выполнен на микросхеме ADF 4107. Характеристики схемы приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 - Характеристики схемы ADF4107
Тип синтезатораСинтезируемая частота, fвых МГцОпорная чатота, fвх, МГцКоэффициент деленияЧастота, fфд, макс, МГцРазрешениеRN?N?f,кГцОдноканальные синтезаторы типа Integer- NADF41071000тАж700020тАж250;<201тАж1638356тАж524287104 11,9тАж13,35
Делитель частоты выполнен на микросхеме HMC 432. Характеристики схемы приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Характеристики схемы НМС 432
Part numberFunctionInput Freq. (GHz)Input power (dBm)100 kHz SSB Phase Noise (dBc/Hz)Output Power (dBm)Bias supplyPackageminmaxHMC492LP3Divide-by-20.218-15-150-4+5V, 78mAChipМШУ выполнен на микросхеме HMC565. Её параметры приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Характеристики микросхемы НМС 565
Part numberFunctionFrequency Range (GHz)Gain (dB)OIP3 (dBm)NF (dB)OP1dB (dBm)PackageНМС565 Low noise amplifier12-2022202.510Chip
В результате выполнения четвертого раздела получили следующие результаты:
) Рассчитано значение коэффициента шума РПрУ:
Ks = 1,8 или KsдБ = 2,6 дБ.
) Рассчитано значение мощности выходного каскада РПдУ при отсутствии потерь в атмосфере:
- Pп=55 мВт.
) Произвели выбор необходимых микросхем:
МШУ на микросхеме HMC 565;
СЧ на микросхеме ADF 4107;
ДЧ на 2 на микросхем